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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Behandeln von Substraten sowie auf eine Düseneinheit hierfür. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Oberflächenbehandelung
von Substraten, insbesondere von Substraten in der Halbleitertechnologie,
mit einer Flüssigkeit
in Kombination mit Ultraschall, insbesondere mit Megaschall.
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In
unterschiedlichsten Technologiebereichen ist es bekannt, Komponenten
mit Ultraschall zu reinigen. Hierbei werden die zu reinigenden Komponenten
mit einem flüssigen
Medium in Kontakt gebracht, üblicherweise
eingetaucht, und für
einen bestimmten Zeitraum mit Ultraschall beschallt, um Verunreinigungen
zu lösen.
Auch im Bereich der Wafer- und Maskenherstellung ist die Ultraschallreinigung
eine anerkannte Technik und wird bereits auf unterschiedlichste
Art und Weise eingesetzt.
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Ein
Ultraschallsystem besteht im Allgemeinen aus einem Generator und
einem Ultraschallwandler, wobei der Generator eine Wechselspannung
in eine entsprechende Betriebsspannung des Ultraschallwandlers umwandelt.
Dieser wandelt wiederum die elektrische Energie in mechanische Schwingungen
um, die in einem hiermit in Kontakt stehenden flüssigen Medium Über- und
Unterdruckphasen entstehen lassen. Durch die abwechselnden Über- und
Unterdruckphasen werden so genannten Kavitationsblasen erzeugt,
die beim Implodieren kurzzeitig sehr hohe örtliche Drücke und Temperaturen entstehen
lassen. Die Kavitationsblasen sind Grundlagen der Ultraschall-Reinigungstechnik.
Bei einer Frequenz oberhalb 400 kHz spricht man von Ultraschall,
und ab einer Frequenz von 700 kHz von Megaschall. Im Bereich der
Megaschallfrequenzen ist die Kavitationsenergie vergleichsweise
gering, so dass die Zerstörung
von Mikrostrukturen vermieden wird. Gleichzeitig ist jedoch die
Reinigungseffizienz im Bereich der Megaschallfrequenz bei kleinsten Partikeln
sehr hoch. Daher wird bei der Wafer- und Maskenherstellung üblicherweise
Megaschall eingesetzt.
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Bei
einem bekannten Ultraschall-Reinigungssystem, wie es beispielsweise
in der DE-A-197 58 267 beschrieben ist, werden Halbleiterwafer als Charge
in ein mit Flüssigkeit
gefülltes
Behandlungsbecken eingesetzt und anschließend mit Ultraschall beschallt.
Dabei sind die Ultraschallwellen im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der
Wafer gerichtet und die gesamte Oberfläche der Wafer soll im Wesentlichen
gleichmäßig behandelt
werden.
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Ausgehend
von einem derartigen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, Ultraschall-, insbesondere Megaschallbehandlungsprozesse,
zu optimieren.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Behandlung von Substraten vor, bei dem ein Flüssigkeitsfilm auf einem lokal
begrenzten Oberflächenbereich
des zu behandelnden Substrats durch ein Düseneinheit ausgebildet wird,
die wenigstens eine langgestreckte Düsenanordnung und einer benachbart
dazu angeordnete Ultraschallwandleranordnung, insbesondere eine
Megaschallwandleranordnung aufweist, wobei wenigsten ein Teil der
Ultraschallwandleranordnung mit dem Flüssigkeitsfilm in Kontakt gebracht
wird und anschließend
Ultraschall, insbesondere Megaschall, in den so ausgebildeten Flüssigkeitsfilm
eingebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für den Einsatz
von Ultraschall geeignet, wobei bevorzugt Schall im Bereich der
Megaschallfrequenzen eingesetzt wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine
lokal begrenzte Behandlung mit Flüssigkeit und Ultraschall von
Oberflächenbereichen
eines zu behandelnden Substrats, die für diesen bestimmten Oberflächenbereich
optimiert werden kann. Ferner kann durch das lokale aufbringen eines
Flüssigkeitsfilms
eine Behandlung mit einer geringen Flüssigkeitsmenge erreicht werden,
wodurch der Medienverbrauch minimiert werden kann. Dabei sei bemerkt,
dass die Oberfläche
des Substrats vor dem lokalen Aufbringen des Flüssigkeitsfilms schon wenigstens
teilweise mit einer Flüssigkeit
benetzt sein kann, und dass zusätzlich
zu dem Ausbilden eines lokalen Flüssigkeitsfilms über die
Düsenanordnung
zusätzlich
Flüssigkeit auf
das Substrat aufgebracht werden kann. Ferner sei bemerkt, dass sich
der Flüssigkeitsfilm
nach dem lokalen Ausbilden verteilen und somit größere Teilbereiche
und gegebenenfalls die gesamte Oberfläche des Substrats abdecken
kann. Der Flüssigkeitsfilm kann
sowohl durch Flüssigkeiten
im klassischen Sinn als auch durch ein Medium im superkritischen
Zustand gebildet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Flüssigkeitsfilm
zwischen einer im Wesentlichen geschlossenen Bodenstruktur der Düseneinheit
und dem zu behandelnden Oberflächenbereich
des Substrats gebildet, um einen gut definierten, homogenen Flüssigkeitsfilm
ausbilden zu können,
was wiederum eine definierte Ultraschallbehandlung fördert.
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Vorzugsweise
wird eine Relativbewegung zwischen der Düseneinheit und dem Substrat
erzeugt, um das Aufbringen des Flüssigkeitsfilms auf unterschiedliche
Oberflächenbereiche
des Substrats und das Einbringen des Ultraschalls in den Flüssigkeitsfilm
in diesen Bereichen zu ermöglichen.
Hierdurch wird eine großflächige, gegebenenfalls
vollständige
Behandlung der Oberfläche
des Substrats ermöglicht,
wobei es möglich
ist, die Behandlung mit der Flüssigkeit
und Ultraschall für
unterschiedliche Oberflächenbereiche
zu optimieren. Eine derartige Optimierung ist beispielsweise möglich, indem
die Relativbewegung zwischen der Düseneinheit und dem Substrat
verändert
wird, wodurch die Einwirkzeit des Flüssigkeitsfilms und des Ultraschalls
verändert wird,
dabei wird die Geschwindigkeit der Relativbewegung vorzugsweise
in Abhängigkeit
von der Position der Düseneinheit
relativ zum Substrat verändert.
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Als
eine weitere Möglichkeit
der Optimierung der Behandlung ist es möglich, die Einbringung des Ultraschalls
in den Flüssigkeitsfilm
während
der Behandlung zu verändern.
Dabei kann beispielsweise die Einbringung des Ultraschalls in Abhängigkeit
von der Position der Düseneinheit
relativ zum Substrat verändert
werden. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung kann dabei die Intensität und/oder die Frequenz des
in dem Flüssigkeitsfilms
eingebrachten Ultraschalls verändert
werden, um die Ultraschallwirkung auf den Oberflächenbereich entsprechend zu verändern. Als
eine Frequenzänderung
ist hier eine relativ geringe Abweichung bezüglich der Resonanzfrequenz
eines Wandlers gemeint, um diesen zu verstimmen und somit das Effektivitätsprofil
des Wandlers zu verändern.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung lässt
sich vorzugsweise der Einfallswinkel des Ultraschalls auf das Substrat
durch eine Schrägstellung
der Ultraschallwandleranordnung bezüglich einer Oberfläche des
Substrats verändern.
Dabei wird der Einfallswinkel des Ultraschalls bezüglich der Oberfläche des
Substrats vorzugsweise zwischen 105° und 75° verändert. Sowohl die Intensität- und/oder
Frequenzänderung
des Ultraschalls als auch die Änderung
des Einfallswinkels des Ultraschalls kann zu einer gezielten Kavitationsbildung
direkt auf der Oberfläche
des Substrats eingesetzt werden. Allerdings ist auch eine absichtliche
Verstimmung des Effektivitätsprofils
möglich,
um eine Kavitationsbildung, beispielsweise beabstandet zur Substratoberfläche vorzusehen,
um beispielsweise empfindliche Oberflächenstrukturen zu schützen. Hierdurch
kann eine Optimierung der Behandlung ohne Strukturzerstörung vorgesehen
werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Ultraschallwandleranordnung aus einer Vielzahl
von Ultraschallwandlern aufgebaut, die individuell und/oder in Gruppen
angesteuert werden, um innerhalb des lokal begrenzten Flüssigkeitsfilm
einen unterschiedlichen Ultraschalleintrag und somit eine weiter
lokal optimierte Behandlung vorzusehen. Dies gilt insbesondere,
wenn sich der Flüssigkeitsfilm über einen
größeren Oberflächenbereich
des Substrats, wie beispielsweise die gesamte Breite des Substrats
erstreckt. Dabei ermöglicht
nunmehr die individuelle oder gruppenweise Ansteuerung der Ultraschallwandler
eine über
die Breite des Substrats optimierte Behandlung. Vorzugsweise sind
Wandler mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen vorgesehen, die
entweder in einer Reihe oder in Form einer Matrix angeordnet sind,
um eine lokal unterschiedlich Behandlung vorzuse hen. Dabei werden
die Ultraschallwandler vorzugsweise mit unterschiedlichen Intensitäten und/oder
Frequenzen angesteuert, um eine individuelle Optimierung bzw. Anpassung
der Wandler zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
wird der Flüssigkeitsfilm
im Wesentlichen entlang einer Geraden über die gesamte Breite des
Substrats ausgebildet und der Ultraschall im Wesentlichen entlang
einer Geraden über
die gesamte Breite des Substrats in den Flüssigkeitsfilm eingebracht.
Dies ermöglicht
durch eine einzige Bewegung der Düseneinheit über das Substrat hinweg – bei entsprechender
Ansteuerung der Düsenanordnungen)
und der Ultraschallwandleranordnung – die vollständige Behandlung
der Oberfläche des
Substrats bei guter lokaler Optimierung des Behandlungsprozesses.
Dabei wird vorzugsweise zur lokalen Optimierung des Behandlungsvorgangs
die Einbringung des Ultraschalls über die Breite des Substrats
hinweg unterschiedlich gesteuert.
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Für eine weitere
Anpassung oder Optimierung des Behandlungsprozesses wird die Zusammensetzung
der den Flüssigkeitsfilm
bildenden Flüssigkeit
gesteuert. Für
eine lokale Optimierung weist die Düsenanordnung vorzugsweise eine
Vielzahl von Düsen
auf, die unterschiedlich angesteuert werden, was entlang der Düsenanordnung
eine lokale Änderung
des Behandlungsprozesses ermöglicht.
Dabei werden vorzugsweise entlang der Düsenanordnung lokal unterschiedliche
Flüssigkeiten
und/oder Flüssigkeitsmengen
zur Bildung des Flüssigkeitsfilmes auf
das Substrat aufgebracht. Als unterschiedliche Flüssigkeiten
sind insbesondere auch Flüssigkeiten mit
unterschiedlichen Konzentrationen eines Bestandteils gemeint.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird der Flüssigkeitsfilm durch wenigstens
zwei Düsenanordnungen
aufgebracht, die auf entgegengesetzten Seiten der Wandleranordnung
angeordnet sind, um eine gute homogene Ausbildung des Flüssigkeitsfilms
im Bereich der Wandleranordnung sicherzustellen. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung werden die auf entgegengesetzten Seiten der Wandleranordnung
angeordneten Düsen
mit unterschiedlichen Flüssigkeit
beaufschlagt.
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Vorzugsweise
wird während
der Behandlung ein mittlerer Abstand von 0,2 bis 2 mm, insbesondere von
0,7 bis 1,4 mm zwischen der Ultraschallwandleranordnung und der
zu behandelnden Oberfläche
des Substrats beibehalten. Dabei kann der Abstand beispielsweise
während
der Behandlung verändert
werden, um wiederum eine Änderung
der Behandlung, insbesondere lokale Änderungen, vorzusehen.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
die den Flüssigkeitsfilm
bildende Flüssigkeit
einen Entwickler oder ein Ätzmittel,
wobei der Ultraschall in diesem Fall einen guten Kontakt der Oberfläche des
zu behandelnden Substrats und dem Behandlungsmedium sicherstellt, indem
verhindert wird, dass sich Partikel auf der Oberfläche absetzen.
Ferner bewirkt der Ultraschall eine gute Durchmischung des Entwicklers,
sodass eine lokale Sättigung
der Flüssigkeit
vermieden werden kann.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung enthält
die den Flüssigkeitsfilm
bildende Flüssigkeit
vorzugsweise ein Spül-
und/oder Reinigungsflüssigkeit,
wobei der Ultraschall hierbei die Reinigungswirkung fördert.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung
zum Behandeln von Substraten gelöst,
die eine Düseneinheit
mit wenigstens einer langgestreckten Düsenanordnung und einer benachbart
zur Düsenanordnung
angeordneten langgestreckten Ultraschallwandleranordnung, insbesondere
eine Megaschall-Wandleranordnung, aufweist, wobei die wenigstens
eine Düsenanordnung
und die Ultraschallwandleranordnung im Wesentlichen in dieselbe
Richtung weisen und bei der eine Bewegungseinrichtung für das Substrat und/oder
die Düseneinheit
zum Positionieren derselben benachbart zu einer Oberfläche des
Substrats derart vorgesehen ist, dass die wenigstens eine Düsenanordnung
und die Ultraschallwandleranordnung mit einem definierten Abstand
auf die Oberfläche
des Substrats gerichtet sind. Diese Vorrichtung ermöglicht das
lokale Aufbringen eines Flüssigkeitsfilms
auf einen Oberflächenbereich
eines zu behandelnden Substrats und eine gleichzeitige anschließende Ultraschallbehandlung
im Bereich des Flüssigkeitsfilms.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Bewegungseinrichtung
derart auf, dass die Düsenanordnung
und die Ultraschallwandleranordnung mit einem definierten Abstand über die
Oberfläche
des Substrats hinwegbewegt wird, um sukzessive verschiedene Oberflächenbereiche
des Substrats und insbesondere eine sukzessive Behandlung der gesamten
Oberfläche
des Substrats ermöglicht,
wobei die sukzessive Behandlung unter Berücksichtigung der Oberflächenstruktur
des Substrats und/oder des gewünschten
Behandlungsergebnisses jeweils lokal angepasst werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist wenigstens eine weitere langgestreckte Düsenanordnung
vorgesehen, wobei die Ultraschallwandleranordnung zwischen wenigstens
zwei langgestreckten Düsenanordnungen
angeordnet ist. Das Vorsehen zweier langgestreckter Düsenanordnungen
auf gegenüberliegenden
Seiten der Ultraschallwandleranordnung fördert die Ausbildung eines
definierten Flüssigkeitsfilms
im Bereich der Ultraschallwandleranordnung. Für eine definierte Ausbildung
eines solchen Flüssigkeitsfilms
sind die wenigstens zwei langgestreckten Düsenanordnungen vorzugsweise
zu einer Längsmittelebene
der Ultraschallwandleranordnung hin gerichtet.
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Für eine lokale
Optimierung von Behandlungsergebnissen ist die Ultraschallwandleranordnung
vorzugsweise aus einer Vielzahl von Ultraschallwandlern gebildet,
die vorzugsweise direkt benachbart zueinander in einer Reihe oder
in Form einer Matrix angeordnet sind. Ferner ist vorzugsweise eine
Steuervorrichtung zum einzelnen und/oder gruppenweisen Ansteuern
der Vielzahl von Ultraschallwandlern vorgesehen, um eine gute örtliche Anpassung
von Behandlungsprozessen zu ermöglichen.
Dabei ist vorzugsweise die Frequenz bzw. der Ansteuerleistung der
Ultraschallwandler veränderbar.
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Für eine Einstellung
von Behandlungsparametern ist vorzugsweise eine Einrichtung zum
Einstellen eines Winkels zwischen einer Oberfläche der Wandleranordnung und
einer Oberfläche
des Substrats vorgesehen. Hierdurch lässt sich der Einfallswinkel
der Ultraschallwellen auf der Oberfläche des Substrats einstellen.
Dabei ist der Winkel vorzugsweise zwischen 0° und 10° einstellbar.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der definierte Abstand zwischen 0,7 und 1,4 mm
einstellbar.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Liefern von Flüssigkeit
an wenigstens eine Düsenanordnung
vorgesehen zur Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms auf einer zu
behandelnden Oberfläche
eines Substrats. Dabei ist vorzugsweise eine Steuervorrichtung zum Bereitstellen
unterschiedlicher Flüssigkeiten
für unterschiedliche
Düsenanordnungen
und/oder unterschiedliche Auslassdüsen der Düsenanordnungen) vorgesehen,
was eine lokale Anpassung der Behandlung über die Ausdehnung der Düsenanordnung hinweg
ermöglicht.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die wenigstens eine Düsenanordnung und die Ultraschallwandleranordnung
in/an einem gemeinsamen Hauptkörper
der Düseneinheiten
vorgesehen und bilden eine im Wesentlichen geschlossene Bodenstruktur.
Dies fördert
die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms
zwischen zwei sich gegenüberliegenden
geschlossenen Strukturen, das heißt der Oberfläche des
Substrats und der geschlossenen Bodenstruktur der Düseneinheit.
Dabei steht die im Wesentlichen geschlossene Bodenstruktur im Bereich
der Ultraschallanordnung bezüglich dem
Rest der Bodenstruktur vor, wodurch eine gute Kontaktierung der
Ultraschallanordnung mit einem Flüssigkeitsfilm vorgesehen wird,
der zwischen einer Oberfläche
des zu behandelnden Substrats und der Bodenstruktur ausgebildet
wird.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einer Düseneinheit
mit wenigstens einer langgestreckten Düsenanordnung und einer be nachbart
zur Düsenanordnung
angeordneten langgestreckten Ultraschallwandleranordnung, insbesondere
einer Megaschall-Wandleranordnung, gelöst, wobei die Düsenanordnung
und die Ultraschallwandleranordnung im Wesentlichen in dieselbe
Richtung weisen und eine im Wesentlichen geschlossene Bodenstruktur
der Düseneinheit
bilden. Eine derartige Düseneinheit
ermöglicht
auf einfache Weise die Ausbildung eines definierten Flüssigkeitsfilms
zwischen einer Oberfläche
des Substrats und der geschlossenen Bodenstruktur der Düseneinheit
und das gezielte einbringen von Ultraschall in einen derart gebildeten
Flüssigkeitsfilm.
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Vorzugsweise
ist wenigstens eine weitere langgestreckte Düsenanordnung vorgesehen, wobei die
Ultraschallwandleranordnung zwischen den wenigstens zwei langgestreckten
Düsenanordnungen angeordnet
ist, wodurch eine Flüssigkeitszufuhr
von beiden Seiten der Ultraschallwandleranordnung und somit eine
homogene Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms
gefördert
wird. Dabei ist die wenigstens eine langgestreckte Düsenanordnung
zu einer Mittelebene der Ultraschallwandleranordnung hin gerichtet, um
eine gezielte Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms im Bereich der
Ultraschallwandleranordnung zu fördern.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Ultraschallwandleranordnung aus einer Vielzahl
von Ultraschallwandlern gebildet, die vorzugsweise jeweils direkt
benachbart zueinander in einer Reihe oder in Form einer Matrix angeordnet ist.
Dies ermöglicht
eine separate Ansteuerung der Ultraschallwandler und somit eine örtliche
Einstellung von Behandlungsparametern während einer Behandlung einer
Substratoberfläche
mit einer Flüssigkeit
und Ultraschall.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Düseneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung in Relation zu einem zu behandelnden Substrat;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung einer Düseneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
schematische Ansicht von unten auf eine Düseneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4a und
b schematische Schnittdarstellungen einer Düseneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
in unterschiedlichen Ausrichtungen bezüglich eines Substrats;
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5 eine
schematische Darstellung einer Ultraschallwandler-Anordnung in Form
einer flächenhaften
Matrix gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine
schematische Schnittdarstellung einer Düseneinheit der vorliegenden
Erfindung gemäß einer
alternativen Ausführungsform.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Düseneinheit 1, die
zur Behandlung eines Substrats 2 mit Flüssigkeit und Ultraschall einsetzbar
ist. Während
in dieser Anmeldung vorwiegend der begriff Ultraschall verwendet
wird sei darauf hingewiesen, dass dies Megaschall umfassen soll,
und die Erfindung insbesondere für
eine Oberflächenbehandlung von
Substraten mit Megaschall gedacht ist.
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Die
Düseneinheit 1 besitzt
einen im Wesentlichen quaderförmigen
Hauptkörper 4 mit
einer Unterseite 6, in der eine Vielzahl von Auslassdüsen ausgebildet
ist, wie nachfolgend noch näher
erläutert
ist. An der Oberseite des Hauptkörpers 4 ist
eine Medienzuführeinheit 8 vorgesehen,
die mit einer nicht dargestellten Medienversorgung in Verbindung
steht, wie nachfolgend noch näher
erläutert
wird. Die Düseneinheit 1 ist über einen
nicht dargestellten Bewegungsmechanismus, wie einen Linearbewegungsmechanismus
in Richtung des Pfeils A über
das Substrat 2 hinweg bewegbar. Im Bereich des Bodens 6 ist eine
Ultraschallwandleranordnung 10 vorgesehen, deren Aufbau
nachfolgend noch näher
beschrieben wird.
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Anhand
der 2, die eine schematische Schnittansicht durch
die Düseneinheit 1 darstellt, wird
der Aufbau der Düseneinheit 1 noch
näher erläutert. In
einem oberen Abschnitt der 2 ist die
Medienzufuhreinheit 8 dargestellt, die einen Medienverteilungsraum 12 aufweist,
in dem beispielsweise unterschiedliche Medien eingeleitet und vermischt
werden können.
Der Medienverteilungsraum 12, der im Wesentlichen mittig
oberhalb des quaderförmigen Hauptkörpers 4 vorgesehen
ist, steht über
entsprechende sich schräg
im Hauptkörper 4 erstreckende Leitungen 14 mit
sich im Wesentlichen senkrecht zur Unterseite 6 des Hauptkörpers 4 erstreckende
Zuleitungen 16 bzw. 18 in Verbindung. Die Zuleitungen 16 bzw. 18 erstrecken
sich parallel zu gegenüberliegenden
Längsseiten
des Hauptkörpers 4.
Die jeweiligen Zuleitungen 16 bzw. 18 stehen an
ihrem unteren Ende jeweils mit einer Vielzahl von Auslassbohrungen 20 bzw. 22 in
Verbindung, die sich zur Unterseite 6 des Hauptkörpers 4 hin öffnen. Die
Auslassbohrungen 20 bzw. 22 sind jeweils Bestandteil
von Düsenanordnungen,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der Ultraschallwandleranordnung 10 angeordnet sind, wie
in 2 gut zu erkennen ist.
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Die
Düsenanordnungen 24, 26 und
die Ultraschallwandleranordnung 10 besitzen eine Längsausdehnung,
die wenigstens der Breite eines zu behandelnden Substrats entspricht,
um in einem einzigen Überstreichvorgang
eine vollständige
Oberflächenbehandlung
des Substrats zu ermöglichen.
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Wie
in 2 zu erkennen ist, steht die Ultraschallwandleranordnung
bezüglich
der Austrittsöffnungen
der Auslassbohrungen 20 bzw. 22 vor. Die Unterseite 6 des
Hauptkörpers 4 und
die Ultraschallwandleranordnung bilden gemeinsam eine geschlossene
Bodenstruktur der Düseneinheit 1.
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Wie
in 2 ferner zu erkennen ist, sind die Auslassbohrungen 20 bzw. 22 bezüglich einer Längsmittelebene
des Hauptkörpers 4 geneigt
und erstrecken sich ausgehend von den Zuleitungen 16 bzw. 18 in
Richtung der Längsmittelebene.
Aus den Auslassbohrungen 20 bzw. 22 austretende
Flüssigkeiten
werden somit in Richtung der Längsmittelebene
gerichtet. Die Auslassboh rungen 20 bzw. 22 sind jeweils
Teil von Düsenanordnungen 24, 26,
die durch eine Vielzahl in der Blattebene hintereinander angeordneten
Auslassbohrungen 20 bzw. 22 gebildet wird. Alternativ
ist es auch möglich
eine oder mehrere Schlitzdüsen
anstelle der Auslassbohrungen vorzusehen. Auf der Rückseite
der Ultraschallwandleranordnung 10 ist ein Kühlmittelkanal
zum hindurchleiten eines Kühlmittels
vorgesehen, um eine Kühlung der
Ultraschallwandler vorzusehen. Eine Kühlung kann aber auch über einen
zwischen einem zu reinigenden Substrat und der Düseneinheit vorgesehenen Flüssigkeitsfilm
erfolgen.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht von untern auf die Düseneinheit 1, wobei
in der Figur die Düsenanordnungen 24, 26 und
die Ultraschallwandleranordnung 10 schematisch dargestellt
sind. Wie in 3 zu erkennen ist, besteht die
Ultraschallwandleranordnung 10 aus insgesamt 9 rechteckigen
Ultraschallabstrahlelementen, die über eine nicht näher dargestellt
Steuereinrichtung separat und/oder in Gruppen ansteuerbar sind.
Somit ist über
die Länge der
Düseneinheit 1 eine
unterschiedliche Ultraschallausbildung möglich, wie nachfolgend noch
näher erläutert wird.
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Die 4a und 4b zeigen
jeweils eine unterschiedliche Anordnung der Düseneinheit 1 bezüglich eines
Substrats 2.
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Gemäß 4a ist die Düseneinheit 1 derart angeordnet,
dass eine Unterseite der Ultraschallwandler-Anordnung 10 im
Wesentlichen parallel zu einer Oberseite eines zu behandelnden Substrats 2 ausgerichtet
ist. 4b zeigt hingegen eine Schrägstellung
einer Unterseite der Ultraschallwandler-Anordnung 10 bezüglich einer
Oberfläche
eines zu behandelnden Substrats 2, wie durch den eingezeichneten
Winkel a angedeutet ist. Dieser Winkel ist vorzugsweise zwischen
0° und 10° einstellbar,
wie nachfolgend noch näher
erläutert
wird.
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5 zeigt
eine alternative Anordnungsform für eine Ultraschallwandler-Anordnung, wobei
eine Vielzahl von Ultraschallwandlern in Form einer Matrix in x-
und y-Richtung angeordnet ist.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Düseneinheit 1 näher erläutert.
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Zunächst wird
die Düseneinheit über einen zu
behandelnden Oberflächenbereich
eines Substrats, in diesem Fall ein Halbleiterwafer der einem Entwicklungsprozess
ausgesetzt wird, bewegt. Zwischen einer Unterseite der Düseneinheit 1 und
einer Oberseite des Substrats 2 wird ein Abstand zwischen 0,7
und 1,4 mm eingestellt. Anschließend wird über die Medienzuführeinheit
eine Entwicklerflüssigkeit
in den Medienverteilungsraum 12 eingeleitet und über die
Leitungen 14 und die Zuleitungen 16 bzw. 18 zu den
jeweiligen Auslassbohrungen 20 bzw. 22 der Düsenanordnungen 24 bzw. 26 geleitet.
Dabei handelt es sich um eine Entwicklerlösung mit einer vorbestimmten
Konzentration, die über
die Medienzuführeinheit 8 in
bekannter Weise eingestellt wird.
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In
der folgenden Beschreibung gehen wir zunächst davon aus, dass die Unterseite
der Wandleranordnung 10 parallel zur Oberseite des Substrats 2 ausgerichtet
ist. Durch die aus den Düsenanordnungen 24, 26 austretende
Flüssigkeit,
die in Richtung zu einer Längsmittelachse
der Düseneinheit 1 gerichtet ist,
wird nunmehr ein Flüssigkeitsfilm
zwischen der geschlossenen Bodenstruktur der Düseneinheit und der Oberfläche des
Substrats ausgebildet. Der Flüssigkeitsfilm
füllt den
Abstand zwischen der Oberfläche
des Substrats 2 und der Bodenstruktur der Düseneinheit 1 vollständig aus.
Dadurch dass die Ultraschallwandler-Anordnung 10 bezüglich der
restlichen Unterseite der Düseneinheit 1 vorsteht,
ist ein vollständiger
Kontakt zwischen der Ultraschallanordnung 10 und dem Flüssigkeitsfilm
gegeben.
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Anschließend wird
die Ultraschallwandleranordnung 10 angesteuert, und es
wird Ultraschall in den Flüssigkeitsfilm
eingebracht, der senkrecht auf die Oberfläche des Substrats 2 gerichtet
ist. Die Ultraschallwellen erzeugen nunmehr aufgrund des oben beschriebenen
Kavitationseffekts ein Lösen von
Partikeln von der Oberfläche
des Substrats 2, wodurch eine gleichmäßige Entwicklung der Oberfläche des
Substrats 2 sichergestellt wird. Insbesondere werden gelöste Lackpartikel
durch die Ultraschallagitation aufgewirbelt, sodass ein guter und gleichmäßiger Kontakt
der Entwicklerlösung
mit ungelös ten
Lackschichten erreicht werden kann. Dies führt zu einer verbesserten Gleichmäßigkeit
des Prozessergebnisses unabhängig
von Strukturgrößen- und Strukturdichtenverteilungen
auf der Substratoberfläche.
Ferner kann die Prozesszeit durch die Verbesserte Einwirkung des
Entwicklers verkürzt
werden, was auch Verringerung des Medienverbrauchs ermöglicht.
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Nach
einer vorbestimmten Behandlungszeit in dieser Position wird nunmehr
die Düseneinheit 1 über das
Substrat 2 hinwegbewegt, um die ultraschallunterstützte Behandlung
mit der Entwicklerlösung
sukzessive auf der gesamten Oberfläche des Substrats 2 vorzusehen.
Natürlich
ist es auch möglich,
die ultraschallunterstützte
Behandlung mit Entwicklungslösung
nur in ausgewählten
Oberflächenbereichen
des Substrats vorzusehen.
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Um
eine gezielte und differenzierte Steuerung der Behandlung in unterschiedlichen
Oberflächenbereichen
des Substrats vorzusehen, sind bei den oben beschriebenen Grundverfahren
unterschiedlichste Steuermöglichkeiten
vorgesehen. Beispielsweise ist es möglich, die unterschiedlichen
Ultraschallwandler der Ultraschallwandler-Anordnung 10,
die beispielsweise wie in 3 oder in 5 angeordnet
sein können,
unterschiedlich anzusteuern. Dabei ist es möglich, dass einige der Ultraschallwandler
als Sensoren eingesetzt werden, um den Energieeintrag benachbarter
Ultraschallwandler in den Flüssigkeitsfilm
zu detektieren. Dabei ist es natürlich auch
möglich,
die Ultraschallwandler zwischen einem Ultraschallabgabemodus und
einem Sensormodus zu wechseln, sodass alle Ultraschallwandler über die
Zeit hinweg als Sensor und Sender dienen können.
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Durch
die unterschiedliche Ansteuerung der Ultraschallwandler lassen sich über die
Breit des Substrats hinweg unterschiedliche Behandlungsergebnisse
erzielen. Dabei ist sowohl eine Ansteuerung mit unterschiedlichen
Frequenzen sowie eine Ansteuerung mit unterschiedlicher Leistung
möglich. So
sind die einzelnen Ultraschallwandler beispielsweise mit einem Leistungsniveau
von 0% bis 100% ihrer Maximalleistung ansteuerbar und die Ultraschallfre quenz
ist vorzugsweise zwischen einem Megahertz und fünf Megahertz einstellbar.
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Als
weiterer Steuerparameter für
die Oberflächenbehandlung
ist es möglich, über die
Länge der Düsenanordnungen) 24 und/oder 26 hinweg
unterschiedliche Flüssigkeiten
und/oder unterschiedliche Flüssigkeitsmengen
bereitzustellen. Beispielsweise lässt sich hierdurch in Randbereichen
des Substrats eine Entwicklerlösung
mit einer unterschiedlichen Konzentration im Vergleich zu einem
Mittelbereich des Substrats zur Verfügung stellen. Auch ist es möglich, die
aufgebrachte Flüssigkeit
(Konzentration/Menge/Art) bei einem Überstreichen des Substrats
zu verändern.
Dadurch lassen sich lokal über
die Länge
des Substrats auf der Oberfläche
des Substrats völlig
unterschiedliche Behandlungsergebnisse erzielen. Auch ein vollständiger Austausch
des verwendeten Mediums beispielsweise ein Austausch der Entwicklerlösung durch
eine Spülflüssigkeit
ist möglich.
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Ein
weiterer Steuerparameter gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Einfallswinkel der Ultraschallwellen auf das Substrat,
der, wie in 4 dargestellt ist, über eine
Schrägstellung
der Düseneinheit
bezüglich
der zu behandelnden Oberfläche des
Substrats 2 erfolgt. Hierdurch lässt sich unter anderem auch
der Energieeintrag der Ultraschallwellen in einem Flüssigkeitsfilm
steuern, wenn die Ultraschallwandler beispielsweise nicht vollständig in
den Flüssigkeitsfilm
eingetaucht sind, da eine Übertragung
der Ultraschallwellen nur dort stattfindet, wo die Ultraschallwandler
den Flüssigkeitsfilm
kontaktieren.
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Eine
weitere Steuermöglichkeit
liegt in der Einstellung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Düseneinheit
und dem Substrat während
des Überstreichens,
wodurch die Verweilzeiten des Flüssigkeitsfilms
und die Einwirkdauer der Ultraschallwellen lokal einstellbar sind.
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Alle
diese Steuermöglichkeiten
ermöglichen eine
Anpassung, insbesondere Optimierung einer Oberflächenbehandlung des Substrats
in Abhängigkeit
von lokalen Oberflächenbeschaffenheiten
des Substrats bzw. in Abhängigkeit
von einem gewünschten
Prozessergebnis.
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6 zeigt
eine schematische Schnittansicht einer Düseneinheit der vorliegenden
Erfindung gemäß einer
alternativen Ausführungsform.
In 6 werden dieselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen
verwendet, sofern identische oder ähnliche Elemente beschrieben
werden.
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Die
in 6 gezeigte Düseneinheit 1 besitzt wiederum
einen Hauptkörper 4 mit
einer Unterseite 6. In einer Ausnehmung der Unterseite 6 ist
eine Ultraschallwandleranordnung 10 angeordnet. Die Düseneinheit 1 weist
ferner eine Medienzuführeinheit 8 mit einen
Medienverteilungsraum 12 auf, in den beispielsweise unterschiedliche
Medien eingeleitet und vermischt werden können. Der Medienverteilungsraum 12,
der im Wesentlichen mittig oberhalb des Hauptkörpers 4 vorgesehen
ist, steht über
eine Vielzahl von sich schräg
im Hauptkörper 4 erstreckende Leitungen 30 in
Verbindung. Die vom Medienverteilungsraum abgewandten Enden bilden
jeweils Austrittsdüsen,
die sich zu einer Seitenfläche 31 des Hauptkörpers 4 öffnen. Eine
Prallplatte 32 erstreckt sich derart Im Wesentlichen parallel
zur der Seitenfläche 31,
dass aus den Düsen
austretende Flüssigkeit auf
die Prallplatte gelenkt wird und an dieser herabfließt. Zwischen
der Seitenfläche 31 und
der Prallplatte 32 ist ein kleiner Kapillarspalt vorgesehen,
der sich vorzugsweise leicht nach unten erweitert. Aus den Düsen austretende
Flüssigkeit
strömt
daher an der Prallplatte herab und bildet einen im Wesentlichen gleichförmigen Vorhang.
Die Austrittsdüsen
in der Seitenfläche 31 bilden
gemeinsam mit der Prallplatte 32 eine Düsenanordnung. Dabei ist das
untere Ende des Spalts zwischen der Prallplatte und der Seitenfläche 31 des
Hauptkörpers 4 als
eine Fluid-Austrittsöffnung
der Düsenanordnung.
Die Düsenanordnung und
die Ultraschallwandleranordnung weisen somit im Wesentlichen in
dieselbe Richtung, da sowohl eine aus der Düsenanordnung austretende Flüssigkeit
als auch ein von der Ultraschallwandleranordnung ausgehender Ultraschall
im Wesentlichen senkrecht zur Unterseite 6 des Hauptkörpers gerichtet sind.
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Der
Aufbau einer Düsenanordnung
mit einer Prallplatte ist beispielsweise aus der auf die Anmelderin
zurückgehenden,
nicht vorveröffentlichten DE-A-102
32 984 bekannt, auf die insofern verwiesen wird, um Wiederholungen
zu vermeiden. Der Gegenstand der DE-A-102 32 984 wird zum Gegenstand der
vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Eine
derartige Düseneinheit
bietet den Vorteil, dass der auf ein Substrat aufgebrachte Flüssigkeitsfilm
im Wesentlichen ohne Kraft darauf aufgebracht werden kann und ferner
ermöglicht
er eine gute gleichmäßige Ausbildung
eines Flüssigkeitsfilms
auf einem zu behandelnden Substrat.
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Über die
Länge der
Prallplatte hinweg können
wiederum über
die Vielzahl von Leitungen 30 unterschiedliche Flüssigkeiten,
insbesondere Flüssigkeiten
mit unterschiedlicher Konzentrationen eines Entwicklers oder eines Ätzmittels
innerhalb einer Trägerflüssigkeit,
aufgebracht werden. Obwohl in 6 nur eine
Prallplatte vorgesehen ist, kann zur Bildung einer zweiten Düsenanordnung
beispielsweise eine zweite Prallplatte an der der Seitenfläche 31 gegenüberliegenden
Seitenfläche
vorgesehen sein. Die zusätzliche
Prallplatte könnte über entsprechende
Leitungen, wie den Leitungen 30 mit Fluid beaufschlagt werden.
Hierdurch wird ermöglicht,
dass durch entsprechende Ansteuerung die Düseneinheit in unterschiedlichen
Richtungen über
das Substrat hinweg bewegt wird und in beiden Bewegungsrichtungen eine
gute Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms
möglich ist.
Ferner können über die
Düsenanordnungen
unterschiedliche Flüssigkeiten
auf ein Substrat aufgebracht werden. Beispielsweise kann über eine
in Bewegungsrichtung der Düseneinheit
vorn liegende Düsenanordnung
eine Entwicklerlösung
aufgebracht werden, während über die
in Bewegungsrichtung hinten liegende Düsenanordnung eine Neutralisierungslösung aufgebracht
wird.
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Die
Funktionsweise der Düseneinheit 1,
gemäß 6,
gleicht im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Funktionsweise der
Düseneinheit
gemäß den 1 bis 5,
wobei bei der Düseneinheit 1 gemäß 6 Flüssigkeit
nur entlang einer Linie aufgebracht wird, sofern nicht eine zweite
Prallplatte vorgesehen ist.
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Die
unterschiedlichen oben genannten Aspekte der Erfindung können frei
miteinander ausgetauscht und kombiniert werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, ist sie nicht auf die konkret dargestellte Ausführungsform
beschränkt.
Beispielsweise ist es nicht notwendig, dass sich die Düseneinheit
und insbesondere die Düsenanordnungen 24, 26 und
die Ultraschallwandleranordnung über
die gesamte Breite eines zu behandelnden Substrats erstrecken. Auch
ist es beispielsweise möglich
nur eine der Düsenanordnungen
vorzusehen, sofern diese für
die Ausbildung eines definierten Flüssigkeitsfilm auf einem zu
behandelnden Substrat ausreicht. Statt eines linearen überstreichen
des Substrats kann es beispielsweise auch im Rahmen einer Schwenkbewegung überstrichen
werden. Natürlich
ist es auch möglich,
das Substrat an der Düseneinheit
vorbei zu bewegen. Die Anwendung der Düseneinheit ist auch nicht auf
eine Behandlung mit einem Entwickler beschränkt. Die Düseneinheit kann insbesondere
auch für Ätzvorgänge und
Spül- und/oder
Reinigungsvorgänge
eingesetzt werden. Auch sind solche Vorgänge hintereinander mit ein
und derselben Düseneinheit
möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere für Halbleiterwafer,
Masken für
die Halbleiterherstellung und LCD-Anzeigen geeignet.